Spin Frustration in the Triradical Trianion of a Naphthalenediimide

Feb 14, 2017 - View: ACS ActiveView PDF | PDF | PDF w/ Links | Full Text HTML ... in Aqueous Medium and in Solid State: Rewritable Fluorescent Color C...
2 downloads 0 Views 3MB Size
Subscriber access provided by UB + Fachbibliothek Chemie | (FU-Bibliothekssystem)

Communication

Spin Frustration in the Triradical Trianion of a Naphthalenediimide Molecular Triangle Yilei Wu, Matthew D. Krzyaniak, J. Fraser Stoddart, and Michael R. Wasielewski J. Am. Chem. Soc., Just Accepted Manuscript • DOI: 10.1021/jacs.7b00515 • Publication Date (Web): 14 Feb 2017 Downloaded from http://pubs.acs.org on February 14, 2017

Just Accepted “Just Accepted” manuscripts have been peer-reviewed and accepted for publication. They are posted online prior to technical editing, formatting for publication and author proofing. The American Chemical Society provides “Just Accepted” as a free service to the research community to expedite the dissemination of scientific material as soon as possible after acceptance. “Just Accepted” manuscripts appear in full in PDF format accompanied by an HTML abstract. “Just Accepted” manuscripts have been fully peer reviewed, but should not be considered the official version of record. They are accessible to all readers and citable by the Digital Object Identifier (DOI®). “Just Accepted” is an optional service offered to authors. Therefore, the “Just Accepted” Web site may not include all articles that will be published in the journal. After a manuscript is technically edited and formatted, it will be removed from the “Just Accepted” Web site and published as an ASAP article. Note that technical editing may introduce minor changes to the manuscript text and/or graphics which could affect content, and all legal disclaimers and ethical guidelines that apply to the journal pertain. ACS cannot be held responsible for errors or consequences arising from the use of information contained in these “Just Accepted” manuscripts.

Journal of the American Chemical Society is published by the American Chemical Society. 1155 Sixteenth Street N.W., Washington, DC 20036 Published by American Chemical Society. Copyright © American Chemical Society. However, no copyright claim is made to original U.S. Government works, or works produced by employees of any Commonwealth realm Crown government in the course of their duties.

Page 1 of 5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Journal of the American Chemical Society

Spin Frustration in the Triradical Trianion of a Naphthalenediimide Molecular Triangle Yilei Wu, Matthew D. Krzyaniak, J. Fraser Stoddart, and Michael R. Wasielewski*  Department of Chemistry and Argonne‐Northwestern Solar Energy Research Center, Northwestern University, 2145  Sheridan Road, Evanston, Illinois 60208‐3113, United States.  Supporting Information Placeholder ABSTRACT:    Crystalline  supramolecular  frameworks  con‐ sisting  of  charged  molecules,  held  together  by  hydrogen  bonds and Coulomb interactions, have attracted great inter‐ est  because  of  their  unusual  structural,  chemical,  electronic  and magnetic properties. Herein, we report the preparation,  structure and magnetic properties of the triradical trianion of  a  shape‐persistent  chiral  equilateral  molecular  triangle  hav‐ ing  three  naphthalene‐1,4:5,8‐bis(dicarboximide)s  ((+)‐NDI‐ 3(–•) Δ ).  Single‐crystal  X‐ray  diffraction  of  its  tris(cobalto‐ cenium)  salt  ([(+)‐NDI‐Δ3(–•)(CoCp2+)3])  reveals  accessible  one‐dimensional  tubular  cavities,  and  variable‐temperature  electron  paramagnetic  resonance  (EPR)  spectroscopy  shows  that  a  dilute  solution  of    [(+)‐NDI‐Δ3(–•)(CoCp2+)3]  in  an  or‐ ganic  glass  has  a  spin‐frustrated  doublet  ground  state  and a  thermally  accessible  quartet  state.  Furthermore,  SQUID  magnetometry  from  5‐300  K  of  solid  [(+)‐NDI‐Δ3(–•) (CoCp2+)3]  shows  ferromagnetic  ordering  with  a  Curie  tem‐ perature  TC  =  20  K.  The  successful  preparation  of  hybrid  ionic  materials  comprising  macrocyclic  triradical  trianions  with  spin‐frustrated  ground  states  and  accessible  1D  pores  offer routes to new organic spintronic materials.  The  ever‐expanding  opportunities  offered  by  broad  scope  of organic synthesis has led to new areas of molecular science  such as organic electronics,1 spintronics2, as well as molecular  3 magnetism.   The  concept  of  spin  frustration  was  first  pro‐ posed by Wannier in 19504 and Anderson in 19565 who real‐ ized that the Ising model on an antiferromagnetic polychlore  lattice  maps  onto  Pauling’s  model  of  proton  disorder  in  ice.  The simplest example of spin frustration is given by attempt‐ ing  to  place  three  antiferromagnetically  coupled  spins  on  a  4 triangular lattice (Figure 1).   One can see by simple inspec‐ tion  that  for  any  two  paired  spins  on  this  lattice  the  third  spin  must  necessarily  align  parallel  with  one  of  the  others,  thereby  being  unable  to  minimize  its  exchange  energy  with  the two competing interactions. Most research to date in this  area has focused on inorganic crystals where the rigid lattice  allows  strict  control  of  the  magnetic  exchange  interactions  6 and  long‐range  order.   There  have  been  comparatively  few  examples of spin frustration in crystals of organic radicals7 or  8 small  organic  molecules,   but  renewed  interest  in  such  sys‐ tems has been triggered by interest in spin liquid phenome‐ na.9  Interest  in  magnetic  frustration  is  also  motivated  by  its  potential  to  explain  conduction  mechanisms  in  high‐Tc  cu‐ 10 prate superconductors.  

Figure 1.  A) Three coupled spins on a triangular lattice. B)  Allowed  EPR  transitions  between  doublet  and  quartet  3(–•) states. C) Chemical structure of (+)‐NDI‐Δ .  Herein,  we  report  the  successful  preparation  and  charac‐ terization  of  the  structural  and  magnetic  properties  of  the  triradical  trianion  of  a  shape‐persistent  chiral  equilateral  molecular  triangle  having  three  naphthalene‐1,4:5,8‐ bis(dicarboximide)s  ((+)‐NDI‐Δ3(–•),  Figure  1c).  The  tris(cobaltocenium  salt  of  (+)‐NDI‐Δ3(–•)  ([(+)‐NDI‐Δ3(–•) (CoCp2+)3])  has  been  characterized  by  single  crystal  X‐ray  diffraction,  optical  circular  dichroism  (CD)  spectroscopy,  UV‐Vis  absorption  spectroscopy,  electron  paramagnetic  resonance  (EPR)  spectroscopy,  and  SQUID  magnetometry.  3(–•) + We  demonstrate  that  [(+)‐NDI‐Δ (CoCp2 )3]  displays  spin  frustration behavior using EPR spectroscopy as well as mag‐ netic ordering by SQUID measurements. The reaction of a concentrated solution of (+)‐NDI‐Δ11 and  3 equiv of cobaltocene (CoCp2) in dichloromethane (DCM) in  a nitrogen filled glovebox resulted in formation of [(+)‐NDI‐ Δ3(–•) (CoCp2+)3]  as  a  dark  brown  precipitate,  which  was  col‐ lected  by  filtration  and  washed  with  a  minimal  amount  of  DCM. The resulting material was dried under vacuum and a  yield  >  80%  was  routinely  obtained.  Single  crystals  of  the  product were grown by slow vapor diffusion of n‐hexane into  a saturated MeCN solution over 7 days. These black crystals  are  stable  under  an  inert  atmosphere.  The  structure  was  determined  by  X‐ray  diffraction  at  100  K.  Crystallographic  data are shown in Table S1; a labeled figure and space‐filling  stereoviews are shown in Figure 2.  [(+)‐NDI‐Δ3(–•)(CoCp2+)3]  crystallizes  in  the  monoclinic  space  group  P21  and  contains  discrete  units  with  no  imposed  symmetry.  Inspection  of  Figure 2 shows that [(+)‐NDI‐Δ3(–•)(CoCp2+)3] can be conven‐

ACS Paragon Plus Environment

Journal of the American Chemical Society

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Page 2 of 5

forming  infinite coaxial channels filled with residual solvent  molecules  (Figure  2).  Bundles  of  these  nanostructures  are  then  tightly  packed  to  form  well‐ordered  arrays  that  consti‐ tute the single crystal.  Electrochemical  studies  (Figure  3A‐B)  on  (+)‐NDI‐Δ  in  DMF solution were performed using cyclic voltammetry (CV)  and  differential  pulse  voltammetry  (DPV).  There  are  three  redox couples on the reduction side and none on the oxida‐ tion  side  within  the  electrochemical  window  of  the  solvent.  All  three  waves  are  reversible  one‐electron  processes,  corre‐ sponding to the sequential reduction of each NDI subunit to  its radical anion and give linear ip vs v1/2 plots (ip = CV peak  current)  in  the  scan  rate  (v)  range  20‐1800  mV/s,  indicating  diffusion‐controlled  processes  (e.g.  see  Figure  S4).  The  elec‐ trochemical results can be summarized by eq 1.  NDI– Δ ⇆ NDI– Δ • ⇆ • NDI– Δ             

Figure 2. A) Side view and B) Top view of a tubular rep‐ 3(–•) resentation  of  the  crystal  structure  of  [(+)‐NDI‐Δ   2+ (CoCp )3].  The  hydrogen  atoms  and  residual  solvent  molecules are omitted for the sake of clarity. C) A blend  of  tubular  and  space‐filling  representations  of  the  solid‐ 3(–•) 2+ state  superstructures  of  [(+)‐NDI‐Δ (CoCp )3]  show‐ ing the tubular alignment along the a‐axis.  iently  described  as  an  organic  triangular  triradical  trianion  intimately  associated  with  three  cobaltocenium  (CoCp2+)  cations by means of both electrostatic forces and a multitude  of intermolecular  [C−H···O=C] interactions (closest dC−H···O=C  = 2.29Å, dC···O=C = 3.05 Å, C−H···O=C = 136) between aromatic  protons  of  cobaltocenium  and  the  carbonyl  O  atoms  (C=O)  in  the  (+)‐NDI‐Δ3(–•)  trianion.  The  overall  triradical  trianion   (+)‐NDI‐Δ3(–•)  has  approximate  D3  symmetry  and  has  very  similar  bond  distances  seen  in  the  neutral  (+)‐NDI‐Δ,  with  only  a  small  shortening  of  the  imide  C‐N  bond  from  an  average value of 1.51 to 1.49 Å. The observed small structural  perturbation  is  in  line  with  the  ability  of  NDIs  to  delocalize  and  stabilize  the  unpaired  electrons  over  a  large  π‐surface.  [(+)‐NDI‐Δ3(–•)(CoCp2+)3]  molecules  stack  along  the  a‐axis 

NDI– Δ  



⇆ (1) 

The  optical  properties  associated  with  the  redox  process  were  investigated  by  UV/Vis  absorption  (Figure  3C)  and  electronic  circular  dichroism  (CD,  Figure  3D)  spectroscopy,  which  show  progressive  disappearance  of  the  features  as‐ signed to the neutral state (300‐400 nm) accompanied by the  growth  of  distinctive  bands  of  radical  anion  state  in  visible  region  (400‐800  nm).  The  CD  spectra  display  several  bands  having positive exciton‐type Cotton effects, which reflect the  rigid  positive  gauche  torsional  angle  of  the  N‐C‐C‐N  bond  system  of  the (S,S)‐trans‐1,2‐cyclohexanediamine linker.  A  dilute solution of [(+)‐NDI‐Δ3(–•)(CoCp2+)3] crystals dissolved  in  DMF  yields  absorption  and  CD  spectra  identical  to  those  obtained  by  step‐wise  chemical  reduction‐titration,  which 

A)

B)

Figure  3.  A)  CV  and  (B)  DPV  of  (+)‐NDI‐Δ  (1.0  mM  in  −1 DMF,  100  mM  TBAPF6,  50  mV·s ,  295  K).  C)  UV/Vis  absorption and D) CD spectra of (+)‐NDI‐Δ (0.38 mM in  DMF,  1  mm,  295  K)  upon  addition  of  up  to  3.5  equiv  of  cobaltocene (CoCp2). 

Figure  4.  (A)  X‐band  CW‐EPR  spectra  of  [(+)‐NDI‐Δ3(–•)  (CoCp2+)3]  at  the  indicated  temperatures  in  DMF.  (B)  Transient nutation data for [(+)‐NDI‐Δ3(–•)(CoCp2+)3]. 

ACS Paragon Plus Environment

Page 3 of 5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Journal of the American Chemical Society

A)

A)

B)

B)

C) Figure  6.  A)  Temperature  dependence  of  χm  and  χmT  3(–•) 2+ (inset)  of  [(+)‐NDI‐Δ (CoCp )3]  at  a  constant  field  of  100  Oe.  B)  Hysteretic  M(H)  for  [(+)‐NDI‐Δ3(–•)(CoCp2+)3] 

Norm. ωNUT 1

2 √3

Figure 5. (A) Contour plots of W‐band 2D pulse electron  3(–•) 2+ spin  nutation  spectra  of  [(+)‐NDI‐Δ (CoCp )3]  com‐ plex  in  frozen  DMF  at  (A)  7  K  and  (B)  30  K.  (C)  Plot  of  cross sections at normalized ωNUT = 2 and ωNUT = √3 at 30  K, and their corresponding simulations.  further supports its triply reduced nature.  CW‐EPR spectra of (+)‐NDI‐Δ3(–•) in DMF recorded at X‐ band from 7‐75 K are shown in Figure 4A.  At 7 K, (+)‐NDI‐ Δ3(–•) exists in a doublet spin state as evidenced by the single  narrow  line  observed;  however,  when  the  temperature  is  raised above ~15 K the broad features associated with a quar‐ tet state are observed. Unambiguous assignment of the spec‐ tral features observed in the CW‐EPR spectrum to a doublet  or quartet spin state were made using electron spin nutation  spectroscopy.12  Figure  4B  shows  the  transient  nutation  fre‐ 3(–•) quency spectra for (+)‐NDI‐Δ  acquired at 350.3 mT at 7, 25  and  45  K  and  347.5  mT  at  45  K.  In  order  to  be  confident  in 

the assignment of the spin state, the nutation frequency was  normalized  to  the  frequency  of  a  α,γ‐bisdiphenylene‐β‐ phenylallyl  (BDPA)  radical  standard,  so  that  the  normalized  ωNUT  =  1  for  S  =  1/2.  The  nutation  spectra  clearly  show  that  3(–•) (+)‐NDI‐Δ  exists in an S = ½ spin state at 7 K. Upon rais‐ ing the temperature a second frequency is observed growing  in at ωNUT = 2 corresponding to ms = ‐½ → ms = ½ transition  in  a  quartet  spin  system.  A  second  indication  of  a  quartet  spin  system  can  be  seen  at  347.5  mT  where  a  normalized  nutation frequency, ωNUT = √3, is clearly results from the ms =  ‐3/2 → ms = ‐½ or the ms = 1/2 → ms = 3/2 transitions.   In order to characterize the EPR spectrum of (+)‐NDI‐Δ3(–•)  more  thoroughly,  nutation  frequency‐selective  EPR  meas‐ urements  were  performed  at  W‐band  at  7K  and  30K,  Figure  5A‐B.  A  combination  of  high  field  EPR  and  a  nutation  fre‐ quency‐selective spectrum provides the opportunity to eluci‐ date both the orientation of the g‐tensor relative to the zero  field  splitting  tensor  and  assign  the  spectral  features  to  the  allowed  transitions.  Figure  5A  shows  the  cross  section  at  normalized  ωNUT  =  1  at  7  K,  and  the  corresponding  simula‐ tion. The spectrum was simulated as an S = ½ species using  the g‐tensor, g = [2.00472 2.00472 2.00268]. Figure 5C shows  the cross sections at normalized ωNUT = 2 and ωNUT = √3 at 30  K,  and  their  corresponding  simulations.  The  spectrum  was  treated as a pure S = 3/2 system, and was fit using an effective  g‐tensor,  g  =  [2.0037  2.0037  2.00472],  and  a  zero  field  split‐ ting  of  D  =  84  MHz  which  has  Euler  angles  of  [0°  20°  60°] 

ACS Paragon Plus Environment

Journal of the American Chemical Society

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

relating the principal axis of the zero field splitting tensor to  the principal axis of the g‐tensor.  Magnetic susceptibility data were collected on a polycrys‐ talline  powder  sample  of  [(+)‐NDI‐Δ3(–•)(CoCp2+)3]  at  an  ap‐ plied  magnetic  field  of  100  Oe  on  a  SQUID  magnetometer  (Figure 6A). Fitting the high‐temperature inverse susceptibil‐ ity data (110‐315 K) yields ΘCW = –194 K, which suggests that  the  mean  superexchange  interaction  is  antiferromagnetic.  The plot of χm vs T (Figure 6A) shows a sharp increase at 20 K  and the corresponding plot χmT vs T (Figure 6A, inset) shows  very similar behavior. These data are suggestive of the onset  of a ferromagnetic ordering transition at TC = 20 K. Addition‐ al evidence for a ferromagnetic ordering transition is provid‐ ed by the plot of the magnetization vs field measured at 5 K  (Figure 6B). This figure shows a small hysteresis loop indica‐ tive of a very soft ferromagnet with a coercive field of 50 Oe  –1 and  a  remanence  of  10.3  emu  Oe  mol .  The  bulk  magnetic  data  suggest  spin‐frustrated  behavior  of  [(+)‐NDI‐Δ3(–•) (CoCp2+)3]  in  the  solid  state.  A  measure  of  spin  frustration  was provided by Ramirez by defining f =│ΘCW│ / TC, with f   >  10  representing  a  strong  effect.13  According  to  this  defini‐ tion, [(+)‐NDI‐Δ3(–•)(CoCp2+)3]is indeed spin frustrated, with a  value of f  = 9.7. Intramolecular superexchange between the  NDI  radical  anion  units  bridged  by  cyclohexyl  bridges  is  antiferromagnetic  as  demonstrated  by  the  EPR  results.  The  origin  of  ferromagnetic  behavior  is  likely  derived  from  in‐ termolecular  superexchange  through  the  cobaltocenium  counterions,  similar  to  the  donor‐acceptor  co‐crystals  re‐ 3g ported  by  Miller  and  Epstein,   where  the  exchange  interac‐ tions  between stacks  dictate  their  overall  magnetic  ordering  at low temperature.  In  summary,  we  have  characterized  the  shape‐persistent  chiral  equilateral  triradical  trianion  molecular  triangle  [(+)‐ NDI‐Δ3(–•)(CoCp2+)3]  by  means  of  both  molecular  spectro‐ scopic  tools  and  single‐crystal  X‐Ray  diffraction  analysis.  3(–•) (CoCp2+)3]  shows  spin  frustration  at  the  indi‐ [(+)‐NDI‐Δ vidual  molecule  level  and  magnetic  ordering  in  solid‐state.  We  envision  that  these  magnetic  properties  combined  with  the  accessible  cavity  of  [(+)‐NDI‐Δ3(–•)(CoCp2+)3]  could  be  potentially  useful  for  unconventional  sensing,  molecular  memory, and quantum information applications. 

ASSOCIATED CONTENT Supporting Information Details  including  synthesis,  NMR  and  MS  characterization,  X‐ray structural data, EPR data. This material is available free  of charge via the Internet at http://pubs.acs.org. 

AUTHOR INFORMATION Corresponding Authors *m‐[email protected] 

Notes The  authors  declare  no  competing  financial  interests.  Y.W.  and M.D.K. contributed equally to this work.  

Systems  (JCIN)  at  King  Abdul‐Aziz  City  for  Science  and  Technology  (KACST)  and  Northwestern  University  (NU)  (J.F.S.).  Y.W.  thanks  the  Fulbright  Scholars  Program  for  a  Graduate  Research  Fellowship  and  gratefully  acknowledges  support  of  a  Ryan  Fellowship  from  the  NU  International  Institute  for  Nanotechnology  (IIN).  We  thank  Charlotte  Stern for helping with carrying out single‐crystal XRD analy‐ sis. 

REFERENCES (1)(a)Zhan,  X.;  Facchetti,  A.;  Barlow,  S.;  Marks,  T.  J.;  Ratner,  M.  A.;  Wasielewski,  M.  R.;  Marder,  S.  R.  Adv.  Mater.  2011,  23,  268;  (b)Figueira‐Duarte,  T.  M.;  Müllen,  K.  Chem.  Rev.  2011,  111,  7260;  (c)Anthony, J. E. Nature Mater. 2014, 13, 773.  (2)(a)Wolf,  S.  A.;  Awschalom,  D.  D.;  Buhrman,  R.  A.;  Daughton,  J.  M.;  von  Molnar,  S.;  Roukes,  M.  L.;  Chtchelkanova,  A.  Y.;  Treger,  D.  M.  Science  2001,  294,  1488;  (b)Rocha,  A.  R.;  Garcia‐Suarez,  V.  M.;  Bailey,  S.  W.;  Lambert,  C.  J.;  Ferrer,  J.;  Sanvito,  S.  Nature  Mater.  2005, 4, 335; (c)Naber, W. J. M.; Faez, S.; van der Wiel, W. G. J. Phys.  D: Appl. Phys. 2007, 40, R205; (d)Coronado, E.; Epstein, A. J. J. Mater.  Chem.  2009,  19,  1670;  (e)Koopmans,  B.;  Wagemans,  W.;  Bloom  Francisco,  L.;  Bobbert  Peter,  A.;  Kemerink,  M.;  Wohlgenannt,  M.  Philos.  Trans.  A  2011,  369,  3602;  (f)Jelezko,  F.;  Wrachtrup,  J.  New  J.  Phys. 2012, 14, 105024; (g)Boehme, C.; Lupton, J. M. Nature Nanotech.  2013,  8,  612;  (h)Sun,  D.;  Ehrenfreund,  E.;  Valy  Vardeny,  Z.  Chem.  Commun. 2014, 50, 1781; (i)Wrachtrup, J.; Finkler, A. J. Magn. Reson.  2016, 269, 225.  (3)(a)Baumgarten,  M.  Prog.  Theor.  Chem.  Phys.  2013,  25,  205;  (b)McInnes, E. J. L.; Winpenny, R. E. P. Comp. Inorg. Chem. II 2013,  4,  371;  (c)Epstein,  A.  J.  MRS  Bull.  2003,  28,  492;  (d)Rajca,  A.  Chem.  Eur.  J.  2002,  8,  4834;  (e)Rajca,  A.;  Wongsriratanakul,  J.;  Rajca,  S.  Science 2001, 294, 1503; (f)Miller, J. S.; Manson, J. L. Acc. Chem. Res.  2001,  34,  563;  (g)Miller,  J.  S.;  Epstein,  A.  J.  Angew.  Chem.  Int.  Ed.  1994,  33,  385;  (h)Miller,  J.  S.;  Epstein,  A.  J.;  Reiff,  W.  M.  Acc.  Chem.  Res. 1988, 21, 114.  (4)Wannier, G. H. Phys. Rev. 1950, 79, 357.  (5)Anderson, P. W. Phys. Rev. 1956, 102, 1008.  (6)(a)Goremychkin,  E.  A.;  Osborn,  R.;  Rainford,  B.  D.;  Macaluso,  R.  T.; Adroja, D. T.; Koza, M. Nature Phys. 2008, 4, 766; (b)Heath, J. R.;  Kuekes,  P.  J.;  Snider,  G.  S.;  Williams,  R.  S.  Science  1998,  280,  1716;  (c)Shores,  M.  P.;  Nytko,  E.  A.;  Bartlett,  B.  M.;  Nocera,  D.  G.  J.  Am.  Chem. Soc. 2005, 127, 13462.  (7)(a)Awaga, K.; Okuno, T.; Yamaguchi, A.; Hasegawa, M.; Inabe, T.;  Maruyama, Y.; Wada, N. Phys. Rev. B 1994, 49, 3975; (b)Kanoda, K.;  Kato, R. Ann. Rev. Cond. Matter Phys., Vol 2 2011, 2, 167.  (8)(a)Fujita,  J.;  Tanaka,  M.;  Suemune,  H.;  Koga,  N.;  Matsuda,  K.;  Iwamura, H. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 9347; (b)Suzuki, S.; Nagata,  A.;  Kuratsu,  M.;  Kozaki,  M.;  Tanaka,  R.;  Shiomi,  D.;  Sugisaki,  K.;  Toyota, K.; Sato, K.; Takui, T.; Okada, K. Angew. Chem., Int. Ed. 2012,  51, 3193.  (9)(a)Balents,  L.  Nature  2010,  464,  199;  (b)Clay,  R.  T.;  Dayal,  S.;  Li,  H.; Mazumdar, S. Phys. Stat. Solidi B 2012, 249, 991; (c)Maegawa, S.;  Itou, T.; Oyamada, A.; Kato, R., J. Phys.: Conf. Ser. 2011 320, 012004.  (10)(a)Anderson,  P.  W.  Science  1987,  235,  1196;  (b)Wen,  X.  G.;  Wilczek, F.; Zee, A. Phys. Rev. B 1989, 39, 11413.  (11)Schneebeli, S. T.; Frasconi, M.; Liu, Z. C.; Wu,  Y. L.; Gardner, D.  M.;  Strutt,  N.  L.;  Cheng,  C.  Y.;  Carmieli,  R.;  Wasielewski,  M.  R.;  Stoddart, J. F. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 13100.  (12)Schweiger,  A.;  Jeschke,  G.  Principles  of  pulse  electron  paramagnetic resonance; 1 ed.; Oxford University Press, USA: Oxford,  2001.  (13)Ramirez, A. P. Ann. Rev. Mater. Sci. 1994, 24, 453.      

ACKNOWLEDGMENT This  research  was  supported  by  the  National  Science  Foun‐ dation under grant no. CHE‐1565925 (M.R.W.). This research  is part of the Joint Center of Excellence in Integrated Nano‐

Page 4 of 5

 

ACS Paragon Plus Environment

Page 5 of 5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Journal of the American Chemical Society

TOC Graphic

ACS Paragon Plus Environment